(57)【要約】  【課題】蓄電デバイスの内部状況を正確に把握し、実使用における様々な条件下においても、常時、精度の高いパワー量を求める。  【解決手段】パワー量Ｐを、開放電圧に基づくパワー量ＰＶと電流に基づくパワー量ＰＣとをバッテリの使用状況に応じて随時変化させるウェイトｗにより重み付け合成して求めることにより、実使用条件下での負荷の変動によって演算値が変動したり、サンプリングデータのばらつきによって演算値の精度が低下することもなく、バッテリの内部状況を正確に反映したパワー量を得ることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電デバイスの内部インピーダンスと開放電圧とに基づいて、第１の入力可能パワー量及び第１の出力可能パワー量を演算する第１の演算手段と、
上記蓄電デバイスの内部インピーダンスと充放電電流とに基づいて、第２の入力可能パワー量及び第２の出力可能パワー量を演算する第２の演算手段と、
上記第１の入力可能パワー量と上記第２の入力可能パワー量とを上記蓄電デバイスの使用状況に応じて設定したウェイトを用いて重み付け合成し、上記蓄電デバイスの入力可能パワー量を演算すると共に、上記第１の出力可能パワー量と上記第２の出力可能パワー量とを上記ウェイトを用いて重み付け合成し、上記蓄電デバイスの出力可能パワー量を演算する第３の演算手段とを備えたことを特徴とする蓄電デバイスのパワー量演算装置。
【請求項２】
上記第１の演算手段は、
上記第１の入力可能パワー量を、上記蓄電デバイスの内部インピーダンスと開放電圧と上限電圧とを用いて演算すると共に、上記第１の出力可能パワー量を、上記蓄電デバイスの内部インピーダンスと開放電圧と下限電圧を用いて演算し、
上記第２の演算手段は、
上記第２の入力可能パワー量を、上記蓄電デバイスの内部インピーダンスと充放電電流の移動平均値と１演算周期前の入力可能パワー量とを用いて演算すると共に、上記第２の出力可能パワー量を、上記蓄電デバイスの内部インピーダンスと充放電電流の移動平均値と１演算周期前の出力可能パワー量とを用いて演算することを特徴とする請求項１記載の蓄電デバイスのパワー量演算装置。
【請求項３】
上記ウェイトを、上記蓄電デバイスの充放電電流の移動平均値に基づいて設定することを特徴とする請求項１又は２記載の蓄電デバイスのパワー量演算装置。
【請求項４】
上記内部インピーダンスを、上記蓄電デバイスの充放電電流の移動平均値と上記蓄電デバイスの温度とに基づいて算出することを特徴とする請求項１〜３の何れか一に記載の蓄電デバイスのパワー量演算装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池や電気化学キャパシタ等の蓄電デバイスにおいて入出力可能なパワー量を演算する蓄電デバイスのパワー量演算装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池、電気二重層キャパシタ等の電気化学キャパシタといった蓄電デバイスの小型軽量化・高エネルギー密度化が進み、携帯型の情報通信機器から電気自動車やハイブリッド自動車等の電源として活発に利用されている。
【０００３】
このような蓄電デバイスで利用可能なエネルギーは、蓄電デバイスの入出力可能パワー量を演算することによって評価することができ、演算したパワー量に基づいて、例えば、電気自動車やハイブリッド車に搭載されるモータへの電力供給、駆動トルク制御等を緻密に実行することができる。
【０００４】
このため、従来より、パワー量の正確な演算を目的とする技術が種々提案されており、例えば、特許文献１には、バッテリから供給される直流電流Ｉ及び直流電圧Ｖに基づいてバッテリの放電特性を表すＩ−Ｖ直線を演算し、このＩ−Ｖ直線とバッテリの最低保証電圧とに基づいて出力可能パワー量を演算する技術が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、バッテリから出力可能なエネルギー量としての放電可能量（すなわち出力可能パワー量）を、バッテリの放電電流或いは端子電圧とパラメータとして温度毎のマップを参照して求め、バッテリの全容量から放電可能量を減算して、バッテリに入力可能なエネルギー量としての充電可能量（すなわち入力可能パワー量）を求める技術が開示されている。
【０００６】
更に、特許文献３には、組電池の電圧・電流特性を回帰演算して入出力可能電力（入出力可能パワー量）を算出し、算出した入出力可能電力を、セル毎の内部抵抗のばらつきを考慮して補正する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平９−１７１０６３号公報
【特許文献２】特開２００２−１４１４７号公報
【特許文献３】特開２００２−２７２０１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１や特許文献２に開示の技術では、測定した電圧をそのまま使用してパワー量を演算しており、バッテリの内部抵抗については考慮されていない。このため、演算されたパワー量は、必ずしもバッテリそのものの状態を正確に把握しているとは言えず、バッテリ使用中に負荷（電流値）が大きく変動した場合、パワー値が大きく変動する可能性がある。しかも、特許文献１の技術は、バッテリ充電時の入力可能パワー量については言及されておらず、モータのみで走行する電気自動車等といったように、適用範囲が限定されてしまい、充放電が連続するハイブリッド車等には適用が困難である。
【０００８】
また、特許文献３に開示の技術は、最も内部抵抗の高いセルを基準とする補正を行っているため、バッテリの保護には有効であるが、セル数が多い場合には、全体の様子を把握することが困難である。更に、特許文献３の技術では、放電中の電圧Ｖ、電流Ｉのサンプリングデータから求めたＶ−Ｉ特性の回帰直線から開放電圧を推定しているため、短時間で負荷が大きく変動する場合、例えば、シリーズハイブリッド車で加減速が激しい運転状態の場合等には、バッテリ電圧の遅れ成分の影響を無視することができず、開放電圧を正確に推定することは困難である。
【０００９】
すなわち、各特許文献に示される従来の技術は、必ずしも蓄電デバイスの内部状況を正確に把握した上でパワー量を演算しているわけではなく、実使用条件下での負荷の変動によってパワー量の演算値が変動したり、サンプリングデータのばらつきによって演算値の精度が低下してしまうという問題がある。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、蓄電デバイスの内部状況を正確に把握し、実使用における様々な条件下においても、常時、精度の高いパワー量を求めることのできる蓄電デバイスのパワー量演算装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明による蓄電デバイスのパワー量演算装置は、蓄電デバイスの内部インピーダンスと開放電圧とに基づいて、第１の入力可能パワー量及び第１の出力可能パワー量を演算する第１の演算手段と、上記蓄電デバイスの内部インピーダンスと充放電電流とに基づいて、第２の入力可能パワー量及び第２の出力可能パワー量を演算する第２の演算手段と、上記第１の入力可能パワー量と上記第２の入力可能パワー量とを上記蓄電デバイスの使用状況に応じて設定したウェイトを用いて重み付け合成し、上記蓄電デバイスの入力可能パワー量を演算すると共に、上記第１の出力可能パワー量と上記第２の出力可能パワー量とを上記ウェイトを用いて重み付け合成し、上記蓄電デバイスの出力可能パワー量を演算する第３の演算手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
第１の入力可能パワー量は、蓄電デバイスの内部インピーダンスと開放電圧と上限電圧とを用いて演算することができ、第１の出力可能パワー量は、蓄電デバイスの内部インピーダンスと開放電圧と下限電圧を用いて演算することができる。また、第２の入力可能パワー量は、蓄電デバイスの内部インピーダンスと充放電電流の移動平均値と１演算周期前の入力可能パワー量とを用いて演算することができ、第２の出力可能パワー量は、蓄電デバイスの内部インピーダンスと充放電電流の移動平均値と１演算周期前の出力可能パワー量とを用いて演算することができる。
【００１３】
また、ウェイトは、蓄電デバイスの充放電電流の移動平均値に基づいて設定することが望ましく、内部インピーダンスは、蓄電デバイスの充放電電流の移動平均値と蓄電デバイスの温度とに基づいて算出することが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明による蓄電デバイスのパワー量演算装置は、蓄電デバイスの内部状況を正確に把握した上でパワー量を演算するので、実使用における様々な条件下においても、常時、精度の高いパワー量を求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図１１は本発明の実施の一形態に係わり、図１はハイブリッド車への適用例を示すシステム構成図、図２はパワー量の演算アルゴリズムを示すブロック図、図３は等価回路モデルを示す回路図、図４はパワー量演算処理のフローチャート、図５はインピーダンステーブルの説明図、図６は残存容量テーブルの説明図、図７はウェイトテーブルの説明図、図８は開放電圧に基づく充電可能量を示す説明図、図９は合成入力可能パワー量の演算結果を示す説明図、図１０は開放電圧に基づく放電可能量を示す説明図、図１１は合成出力可能パワー量の演算結果を示す説明図である。
【００１６】
図１は、本発明をエンジンとモータとを併用して走行するハイブリッド車両（ＨＥＶ）に適用した例を示し、同図において、符号１は、ＨＥＶの電源ユニットである。この電源ユニット１には、蓄電デバイスとして例えば複数のセルを封止した電池パックを複数個直列に接続して構成されるバッテリ２と、バッテリ２の残存容量やパワー量の演算、バッテリ２の冷却や充電の制御、異常検出及び異常検出時の保護動作等のエネルギーマネージメントを行う演算ユニット（演算ＥＣＵ）３とが１つの筐体内にパッケージされている。
【００１７】
尚、本形態においては、蓄電デバイスとしてリチウムイオン二次電池を例に取って説明するが、本発明法は、電気化学キャパシタやその他の二次電池にも適用可能である。
【００１８】
演算ＥＣＵ３は、マイクロコンピュータ等から構成され、電圧センサ４で測定したバッテリ２の端子電圧Ｖ、電流センサ５で測定したバッテリ２の充放電電流Ｉ、温度センサ６で測定したバッテリ２の温度（セル温度）Ｔに基いて、所定時間ｔ毎に、バッテリ２の充電状態(State of charge;SOC）で示される残存容量ＳＯＣ(t)、バッテリ２における入出力可能な最大電力で示されるパワー量Ｐ(t)を演算する。尚、演算ＥＣＵ３には、１演算周期前の残存容量ＳＯＣ(t-1)及びパワー量Ｐ(t-1)が周期的な演算におけるベース値として入力される。
【００１９】
演算ＥＣＵ３で演算した残存容量ＳＯＣやパワー量Ｐは、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）通信等を介してＨＥＶ制御用電子制御ユニット（ＨＥＶ制御用ＥＣＵ）１０に出力され、制御状態の表示や制御量を決定するための基本データとして使用される。ＨＥＶ制御用ＥＣＵ１０は、同様にマイクロコンピュータ等から構成され、運転者からの指令に基づいて、ＨＥＶの運転、その他、必要な制御を行う。すなわち、ＨＥＶ制御用ＥＣＵ１０は、電源ユニット１からの信号や図示しないセンサ・スイッチ類からの信号により、車両の状態を検出し、バッテリ２の直流電力を交流電力に変換してモータ１５を駆動するインバータ２０を初めとして、モータ１５に連結されるエンジン３０や図示しない自動変速機等を、専用の制御ユニットを介して或いは直接的に制御する。
【００２０】
例えば、演算ＥＣＵ３で演算した残存容量ＳＯＣからは、バッテリ容量の表示用データやバッテリ容量低下を警告するための警告用データが生成され、運転者に対するバッテリ情報として用いられる。また、演算ＥＣＵ３で演算したパワー量Ｐからは、モータ１５から出力可能な駆動トルク、モータ１５の発電による充電・回生量、更にはバッテリ２の出力を制限するリミッタ値等が演算され、ＨＥＶの運転に必要な制御量を演算する上での直接的なパラメータとして用いられる。
【００２１】
演算ＥＣＵ３におけるパワー量Ｐの演算は、図２に示す演算アルゴリズムに従って実行される。この演算アルゴリズムでは、バッテリ２で測定可能なパラメータ、すなわち、端子電圧Ｖ、電流Ｉ、温度Ｔを用い、バッテリ２の開放電圧Ｖｏに基づくパワー量ＰＶと、バッテリ２の電流Ｉに基づくパワー量ＰＣとを並行して演算し、それぞれを重み付けして合成した値をバッテリ２のパワー量Ｐとして出力する。
【００２２】
すなわち、バッテリ２の開放電圧Ｖｏに基づくパワー量ＰＶは、通常の使用時において、略正確な値を求めることが可能であるが、負荷が短時間で大きく変動したときに値が振動する可能性がある。一方、バッテリ２の電流Ｉに基づくパワー量ＰＣは、誤差が累積し易く、特に高負荷継続時の誤差が大きい反面、突入電流等の負荷変動に強い。従って、本パワー量演算アルゴリズムでは、開放電圧Ｖｏに基づいて求めたパワー量ＰＶと電流Ｉに基づいて求めたパワー量ＰＣとを、バッテリ２の使用状況に応じて随時変化させるウェイト（重み係数）ｗにより重み付けして合成することにより、双方の欠点を打消して互いの利点を最大限に引き出すようにしている。
【００２３】
ウェイトｗは、現在のバッテリ２の使用状況を的確に表すことのできるパラメータを用いて決定する必要があり、そのパラメータとしては、単位時間当たりの電流の変化率やパワー量Ｐの変化率等を用いることが可能である。単位時間当たりの電流変化率は、バッテリの負荷変動を直接的に反映しているが、単なる電流変化率では、スパイク的に発生する電流の急激な変化の影響を受けてしまう。
【００２４】
従って、本形態においては、瞬間的に発止する電流の変化の影響を防止するため、所定のサンプリング数の単純平均、移動平均、加重平均等の処理を施した電流変化率を用いるようにしており、特に、電流の遅れを考慮した場合、バッテリの充放電状態の変化に対して、過去の履歴を過剰となることなく適切に反映することのできる電流Ｉの移動平均を用いてパワー量ＰＣを演算すると共にウェイトｗを決定するようにしている。ウェイトｗは、ｗ＝０〜１の間で変化させ、合成後の最終的なパワー量Ｐは、以下の（１）式で与えられる。  
Ｐ＝ｗ・ＰＣ＋(１−ｗ)・ＰＶ…（１）
【００２５】
電流Ｉの移動平均値に基づいてウェイトｗを決定することにより、電流Ｉの移動平均値が大きいときには、電流Ｉに基づくパワー量ＰＣのウェイトを高くして開放電圧Ｖｏに基づくパワー量ＰＶのウェイトを下げ、負荷変動の影響を電流によって正確に反映すると共に振動を防止することができる。逆に、電流Ｉの移動平均値が小さいときには、電流Ｉに基づくパワー量ＰＣのウェイトを下げ、開放電圧Ｖｏに基づくパワー量ＰＶのウェイトを高くすることにより、電流の誤差の累積による影響を回避し、開放電圧に基づく正確なパワー量を算出することができる。
【００２６】
すなわち、電流Ｉの移動平均は、電流の高周波成分に対するローパスフィルタとなり、移動平均のフィルタリングにより、走行中の負荷変動で発生する電流のスパイク成分を、遅れ成分を助長することなく除去することができる。これにより、バッテリ状態をより的確に把握しつつ、振動を抑制することができる。
【００２７】
（１）式に示すパワー量Ｐは、詳細には、バッテリ２に入力（充電）可能な最大電力量で示される入力可能パワー量Ｐchargeと、バッテリ２から出力（放電）可能な最大電力量で示される出力可能パワー量Ｐdischargeとを総称するものであり、演算ＥＣＵ３における第１〜３の演算手段としての機能により、それぞれ、（１）式を基本とする以下の（２），（３）式により個別に演算される。
【００２８】
すなわち、入力可能パワー量Ｐchargeは、以下の（２）式により、開放電圧Ｖｏに基づく第１の入力可能パワー量としてのパワー量ＰＶchargeと、電流Ｉの移動平均に基づく第２の入力可能パワー量としてのパワー量ＰＣchargeとを重み付け合成した値として求められる。また、出力可能パワー量Ｐdischargeは、以下の（３）式により、開放電圧Ｖｏに基づく第１の出力可能パワー量としてのパワー量ＰＶdischargeと、電流Ｉの移動平均に基づく第２の出力可能パワー量としてのパワー量ＰＣdischargeとを重み付け合成した値として求められる。  
Ｐcharge＝ｗ・ＰＣcharge＋(１−ｗ)・ＰＶcharge…（２）
Ｐdischarge＝ｗ・ＰＣdischarge＋(１−ｗ)・ＰＶdischarge…（３）
【００２９】
各パワー量ＰＶcharge,ＰＶdischarge,ＰＣcharge,ＰＣdischargeは、具体的には、バッテリ２の内部インピーダンスＺ、開放電圧Ｖｏ、後述する上限電圧Ｖｍａｘ、下限電圧Ｖｍｉｎ、電流Ｉの移動平均値、１演算周期前の入力可能パワー量Ｐcharge(t)、１演算期前の出力可能パワー量Ｐdischarge(t)を用いて演算される。以下、各パワー量の演算について説明する。
【００３０】
内部インピーダンスＺは、バッテリの等価回路モデルを用いて求められ、例えば、図３に示すように、抵抗分Ｒ１〜Ｒ３、容量分Ｃ１，ＣＰＥ１，ＣＰＥ２（但し、ＣＰＥ１，ＣＰＥ２は二重層容量分）の各パラメータを直列及び並列に組合わせた等価回路モデルを用い、交流インピーダンス法における周知のCole-Coleプロットをカーブフィッティングして各パラメータを決定し、決定したパラメータからインピーダンスＺが求められる。
【００３１】
各パラメータから求められるインピーダンスＺは、バッテリの温度や電気化学的な反応速度、充放電電流の周波数成分によって大きく変化する。従って、インピーダンスＺを決定するパラメータとして、電流Ｉの移動平均値を周波数成分の置き換えとして採用し、電流Ｉの移動平均値と温度Ｔとを条件とするインピーダンス測定を行ってデータを蓄積した後、温度Ｔと電流Ｉの移動平均値とに基づいてインピーダンスＺのテーブル（後述する図５のインピーダンステーブル）を作成し、このテーブルを利用してインピーダンスＺを求める。
【００３２】
尚、前述したように、電流Ｉの移動平均値は、ウェイトｗを決定するパラメータとしても用いられ、ウェイトｗ、インピーダンスＺの演算を容易としているが、詳細には、低温になる程、バッテリの内部インピーダンスが増加して電流変化率が小さくなるため、後述するように、ウェイトｗ、インピーダンスＺは、直接的には、電流Ｉの移動平均値を温度補正した値を用いて決定する。
【００３３】
以上のインピーダンスＺを用いて演算される各パワー量ＰＶcharge,ＰＶdischarge,ＰＣcharge,ＰＣdischargeのうち、先ず、開放電圧Ｖｏに基づく入力可能パワー量ＰＶcharge及び出力可能パワー量ＰＶdischargeの演算について説明する。
【００３４】
開放電圧Ｖｏに基づくパワー量ＰＶcharge,ＰＶdischargeの演算に際しては、インピーダンスＺと実測した端子電圧Ｖと電流Ｉとを用い、以下の（４）式により開放電圧Ｖｏを推定し、また、予め定められたバッテリの特性を保証する上限，下限のバッテリ電圧である上限電圧Ｖｍａｘ,下限電圧Ｖｍｉｎを求める。  
Ｖ＝Ｖｏ−Ｉ・Ｚ…（４）
【００３５】
尚、上限電圧Ｖｍａｘｍ、下限電圧Ｖｍｉｎは、それぞれ、残存容量ＳＯＣが上限値（１００％）のときの電圧、下限値（０％）ときの電圧として定義することができ、温度に依存して変化するため、実際には、温度Ｔをパラメータとするテーブル等を参照して求める。
【００３６】
そして、開放電圧Ｖｏ、上限電圧Ｖｍａｘ，下限電圧Ｖｍｉｎを用い、以下の（５），（６）式により、入力可能パワー量ＰＶcharge、出力可能パワー量ＰＶdischargeを演算する。入力可能パワー量ＰＶchargeは、上限電圧Ｖｍａｘと開放電圧Ｖｏとの差をインピーダンスＺで除算して得られる電流値に上限電圧Ｖｍａｘを乗算した電力量として求められ、出力可能パワー量ＰＶdischargeは、開放電圧Ｖｏと下限電圧Ｖｍｉｎとの差をインピーダンスＺで除算して得られる電流値に下限電圧Ｖｍｉｎを乗算した電力量として求められる。  
ＰＶcharge＝［（Ｖｍａｘ−Ｖｏ）／Ｚ］・Ｖｍａｘ…（５）
ＰＶdischarge＝［（Ｖｏ−Ｖｍｉｎ）／Ｚ］・Ｖｍｉｎ…（６）
【００３７】
一方、電流Ｉの移動平均に基づくパワー量ＰＣcharge,ＰＣdischargeは、離散時間処理における１演算周期前の合成パワー量Ｐ(t-1)をベース値として用いており（図２のブロック図における遅延演算子Ｚ-1）、誤差が累積したり、発散することがなく、万一、初期値が真値と大きく異なっていても、所定の時間経過後（例えば、数分後）には、真値に収束させることができる。
【００３８】
すなわち、電流Ｉの移動平均値をＩ’とすると、以下の（７）式に示すように、１演算周期前の合成入力可能パワー量Ｐcharge(t-1)と、移動平均値Ｉ’にインピーダンスＺを乗算した入力電力量Ｉ'2Ｚとにより、現時点での入力可能パワー量ＰＣchargeを求める。また、以下の（８）式に示すように、１演算周期前の合成出力可能パワー量ＰＣdischargeと、移動平均値Ｉ’にインピーダンスＺを乗算した出力電力量Ｉ'2Ｚとにより、現時点での出力可能パワー量ＰＣdischargeを求める。  
ＰＣcharge＝Ｐcharge(t-1)−Ｉ'2Ｚ…（７）
ＰＣdischarge＝Ｐdischarge(t-1)−Ｉ'2Ｚ…（８）
【００３９】
そして、前述の（２）式に示したように、（５）式により算出した入力可能パワー量ＰＶchargeと、（７）式により算出した入力可能パワー量ＰＣchargeとをウェイトｗを用いて重み付けして合成し、入力可能パワー量Ｐchargeを算出すると共に、前述の（３）式に示したように、（６）式により算出した出力可能パワー量ＰＶdischargeと、（８）式により算出した出力可能パワー量ＰＣdischargeとをウェイトｗを用いて重み付けして合成し、出力可能パワー量Ｐdischargeを算出する。
【００４０】
次に、以上の演算アルゴリズムに従ったパワー量ＰＶ，ＰＣの演算及び合成処理について、図４に示すパワー量演算処理のフローチャートを用いて説明する。
【００４１】
尚、図４のフローチャートは、電源ユニット１の演算ＥＣＵ３におけるパワー量演算の基本的な処理を示すものであり、同図においては、説明の都合上、開放電圧Ｖｏに基づくパワー量ＰＶの演算に続いて電流Ｉの移動平均値Ｉ’に基づくパワー量ＰＣの演算を行うようにしているが、実際には、パワー量ＰＶ，ＰＣの演算は、並行して実行される。
【００４２】
図４のパワー量演算処理は、所定時間毎（例えば、０．１ｓｅｃ毎）に実行され、先ず、ステップＳ１において、バッテリ２の端子電圧Ｖ、電流Ｉ、温度Ｔ、及び、前回の演算処理時に求めたパワー量Ｐ(t-1)のデータ入力の有無を調べる。尚、端子電圧Ｖは複数の電池パックの平均値、電流Ｉは複数の電池パックの電流の総和を取り、それぞれ、例えば０．１ｓｅｃ毎にデータを取得するものとする。また、温度Ｔは、例えば１０ｓｅｃ毎に取得するものとする。
【００４３】
その結果、ステップＳ１において新たなデータ入力がない場合には、そのまま本処理を抜け、新たなデータ入力がある場合、ステップＳ１からステップＳ２へ進んで、電流Ｉを移動平均して移動平均値Ｉ’を算出する。この移動平均は、例えば、電流Ｉのサンプリングを０．１ｓｅｃ毎、電流に基づくパワー量ＰＣの演算周期を０．５ｓｅｃ毎とした場合、５個のデータを移動平均する。
【００４４】
次に、ステップ３へ進み、バッテリ等価回路のインピーダンスＺを、図５に示すインピーダンステーブルを参照して演算し、得られたインピーダンスＺからバッテリ２の開放電圧Ｖｏを推定する。このインピーダンステーブルは、電流Ｉの移動平均値Ｉ’を温度補正した補正後移動平均値ＫＩ’と温度Ｔとをパラメータとして、等価回路のインピーダンスＺを格納したものであり、概略的には、補正後移動平均値ＫＩ’が同じ場合には、温度Ｔが低くなる程、インピーダンスＺが増加し、同じ温度では、補正後移動平均値ＫＩ’が小さくなる程、インピーダンスＺが増加する傾向を有している。
【００４５】
続くステップＳ４では、温度Ｔに依存して変化するバッテリ２の上限電圧Ｖｍａｘ，下限電圧Ｖｍｉｎを算出する。上限電圧Ｖｍａｘ及び下限電圧Ｖｍｉｎは、温度Ｔをパラメータとする専用のテーブルを作成しておき、この専用のテーブルを参照して求めても良いが、本形態においては、電源ユニット１の演算ＥＣＵ３でパワー量の演算と残存容量の演算とを並行して行っており、バッテリ内の電気化学的な関係に基づいて取得した開放電圧Ｖｏと温度Ｔとをパラメータとする残存容量テーブルを保有していることから、この残存容量テーブルを利用する、
すなわち、開放電圧Ｖｏと残存容量ＳＯＣとの関係は、平衡状態での電極電位とイオンの活量との関係を記述した周知のネルンストの式を適用し、以下の（１１）式で表すことができる。  
Ｖｏ＝Ｅ＋[(Ｒｇ・Ｔ／Ｎｅ・Ｆ)×ｌｎＳＯＣ／(１００−ＳＯＣ)]＋Ｙ…（９）
但し、Ｅ  ：標準電極電位（本形態のリチウムイオン電池では、Ｅ＝３．７４５）
Ｒｇ：気体定数（８．３１４Ｊ／ｍｏｌ−Ｋ）
Ｔ  ：温度（絶対温度Ｋ）
Ｎｅ：イオン価数（本形態のリチウムイオン電池では、Ｎｅ＝１）
Ｆ  ：ファラデー定数（９６４８５Ｃ／ｍｏｌ）
【００４６】
尚、（９）式におけるＹは補正項であり、常温における電圧−ＳＯＣ特性をＳＯＣの関数で表現したものである。ＳＯＣ＝Ｘとすると、以下の（１０）式に示すように、ＳＯＣの三次関数で表すことができる。  
Ｙ＝−１０-6Ｘ3＋９・１０-5Ｘ2＋０．０１３Ｘ−０．７３１１…（１０）
【００４７】
以上の（９）式により、残存容量ＳＯＣには、開放電圧Ｖｏのみならず温度Ｔとの間にも強い相関性があることがわかる。この場合、開放電圧Ｖｏと温度Ｔとをパラメータとして、直接、（９）式を用いて残存容量ＳＯＣを算出することも可能であるが、実際には、使用する電池特有の充放電特性や使用条件等に対する考慮が必要となる。
【００４８】
従って、以上の（９）式の関係から実際の電池の状態を把握する場合には、常温でのＳＯＣ−Ｖｏ特性を基準として、各温度域での充放電試験或いはシミュレーションを行い、実測データを蓄積する。そして、蓄積した実測データから、図６に示すように、温度Ｔをパラメータとして開放電圧Ｖｏと残存容量ＳＯＣとの関係をテーブル化した残存容量テーブルを作成する。
【００４９】
この残存容量テーブルは、概略的には、温度Ｔ及び開放電圧Ｖｏが低くなる程、残存容量ＳＯＣｖが小さくなり、温度Ｔ及び開放電圧Ｖｏが高くなる程、残存容量ＳＯＣｖが大きくなる傾向を有しており、温度Ｔと開放電圧Ｖｏとをパラメータとして残存容量テーブルを参照することにより、残存容量ＳＯＣを求めることができる。更に、残存容量ＳＯＣの上限（１００％）を与える電圧、下限（０％）を与える電圧が、それぞれ、上限電圧Ｖｍａｘ、下限電圧Ｖｍｉｎとして定義されることから、所定の温度Ｔにおける開放電圧Ｖｏの上下限を参照することにより、その温度Ｔでの上限電圧Ｖｍａｘ，下限電圧Ｖｍｉｎを知ることができる。
【００５０】
尚、前述の図５に示すインピーダンステーブル、及び図６に示す残存容量テーブルにおいては、通常の条件下で使用される範囲のデータを示し、他の範囲のデータは、記載を省略してある。
【００５１】
ステップＳ４で温度によって変化するバッテリ２の上限電圧Ｖｍａｘ，下限電圧Ｖｍｉｎを求めた後は、ステップＳ５へ進み、バッテリの劣化を考慮した劣化係数Ｋを用いて、上限電圧Ｖｍａｘ，下限電圧Ｖｍｉｎの補正を行う。
【００５２】
すなわち、ステップＳ４においてテーブル参照により求めた上限電圧Ｖｍａｘ，下限電圧Ｖｍｉｎは、製品出荷時のバッテリが劣化していない状態を前提としており、実使用状態で充放電が繰返されて劣化が進むと、バッテリの保証特性を維持できる上限電圧Ｖｍａｘが低下したり、下限電圧Ｖｍｉｎが上昇したりする。
【００５３】
このため、バッテリの劣化を考慮した劣化係数Ｄにより、上限電圧Ｖｍａｘ，下限電圧Ｖｍｉｎを補正する。劣化係数Ｄは、例えば、内部抵抗の関数として与えられ、劣化が進むと上限電圧Ｖｍａｘと下限電圧Ｖｍｉｎとの間の幅が狭くなるように補正される。
【００５４】
その後、ステップＳ５からステップＳ６へ進み、前述の（５），（６）式に従って、開放電圧Ｖｏに基づく入力可能パワー量ＰＶchargeと出力可能パワー量ＰＶdischargeとを算出し、ステップＳ７で、前述の（７），（８）式に従って、電流Ｉの移動平均値Ｉ’に基づく入力可能パワー量ＰＣchargeと出力可能パワー量ＰＣdischargeとを算出する。
【００５５】
次に、ステップＳ８へ進み、図７に示すウェイトテーブルを参照してウェイトｗを算出する。ウェイトテーブルは、電流Ｉの移動平均値Ｉ’を温度補正した補正後移動平均値ＫＩ’をパラメータとする一次元テーブルであり、概略的には、補正後移動平均値ＫＩ’が小さくなる程、すなわち、バッテリ負荷変動が小さい程、ウェイトｗの値を小さくして電流によるパワー量ＰＣの重みを小さくする傾向を有している。
【００５６】
尚、図７のウェイトテーブルにおいては、温度範囲に対するウェイトｗの大小関係を概略的に示し、ウェイトｗの詳細なデータの記載は省略してある。
【００５７】
そして、ステップＳ９において、前述の（２），（３）式に従って、電流によるパワー量ＰＣと開放電圧Ｖｏによるパワー量ＰＶとをウェイトｗを用いて重み付けして最終的な合成入力可能パワー量Ｐchargeと合成出力可能パワー量Ｐdischargeとを算出し、１サイクルの本演算処理を終了する。
【００５８】
図８は、バッテリの開放電圧から算出した入力可能パワー量（充電可能量）を示しており、電流のスパイク成分の影響を受けて局所的に急激な変化が発生している。特に、経過時間２００ｓｅｃ以降では、連続的なスパイク成分による振動が発生していることから、パワー量は、見かけ上略同じレベルにあるが、開放電圧に基づくパワー量ＰＶchargeと電流の移動平均値に基づくパワー量ＰＣchargeとをウェイトｗを用いて重み付けして合成した入力可能パワー量Ｐchargeでは、図９に示すように、スパイク成分が除去されて振動が抑制され、時間経過と共にパワー量が増加する様子を精度良く捉えている。
【００５９】
また、図１０は、バッテリの開放電圧から算出した出力可能パワー量（放電可能量）を示しており、同様に、電流のスパイク成分の影響を受けて局所的に急激な変化が発生しており、経過時間１００ｓｅｃ以降のパワー量の減少が見かけ上少なくなっているが、開放電圧に基づくパワー量ＰＶdischargeと電流の移動平均値に基づくパワー量ＰＣdischargeとをウェイトｗを用いて重み付けして合成した出力可能パワー量Ｐdischargeでは、図１１に示すように、スパイク成分が除去されて振動が抑制され、時間経過と共にパワー量が減少する様子を精度良く捉えている。
【００６０】
以上のように、本実施の形態においては、開放電圧に基づくパワー量と充放電電流に基づくパワー量とを用い、両者をバッテリの使用状況に応じて設定したウェイトにより重み付け合成することから、実使用条件下での負荷の変動によって演算値が変動したり、サンプリングデータのばらつきによって演算値の精度が低下することもなく、バッテリ（蓄電デバイス）の内部状況を正確に反映したパワー量を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】ハイブリッド車への適用例を示すシステム構成図
【図２】パワー量の演算アルゴリズムを示すブロック図
【図３】等価回路モデルを示す回路図
【図４】パワー量演算処理のフローチャート
【図５】インピーダンステーブルの説明図
【図６】残存容量テーブルの説明図
【図７】ウェイトテーブルの説明図
【図８】開放電圧に基づく充電可能量を示す説明図
【図９】合成入力可能パワー量の演算結果を示す説明図
【図１０】開放電圧に基づく放電可能量を示す説明図
【図１１】合成出力可能パワー量の演算結果を示す説明図
【符号の説明】
【００６２】
１  電源ユニット
２  バッテリ
３  演算ユニット（第１，第２，第３の演算手段）
Ｉ  充放電電流
Ｉ’  充放電電流の移動平均値
Ｖｏ  開放電圧
Ｚ  内部インピーダンス
Ｖｍａｘ  上限電圧
Ｖｍｉｎ  下限電圧
ＰＶcharge  入力可能パワー量（第１の入力可能パワー量）
ＰＶdischarge  出力可能パワー量（第１の出力可能パワー量）
ＰＣcharge  入力可能パワー量（第２の入力可能パワー量）
ＰＣdischarge  出力可能パワー量（第２の出力可能パワー量）
Ｐcharge  入力可能パワー量（合成後の入力可能パワー量）
Ｐdischarge  出力可能パワー量（合成後の出力可能パワー量）
ｗ  ウェイト
代理人      弁理士      伊    藤      進
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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